机械原理课程设计目的和任务

1、第 一 节 机 械 原 理 课 程 设 计 目 的 和 任 务一、机械原理课程设计的目的 机械原理课程设计是使学生较全面、系统掌握机械原理课程的基本原理和方法的重要环 节，是培养学生“初步具有确定机械运动方案，分析和设计机械的能力”及“开发创新能力” 的一种手段。其目的是：1）以 机 械 系 统 运 动 方 案 设 计 与 拟 定 为 结 合 点 ，把 机 械 原 理 课 程 中 分 散 于 各 章 的 理 论 和 方 法 融会贯通起来，进一步巩固和加深学生所学的理论知识；2）通 过 拟 定 机 械 运 动 方 案 的 训 练 ， 使 学 生 初 步 具 有 机 构 选 型 与 组 合 和 确

2、 定 运 动 方 案 的 能 力；3）使 学 生 在 了 解 机 械 运 动 的 变 换 与 传 递 及 力 传 递 的 过 程 中 ，对 机 械 的 运 动 、动 力 分 析 与 设 计有一个较完整的概念；4）进一步提高学生运算、绘图、运用计算机和技术资料的能力；5）通过编写说明书，培养学生表达、归纳、总结和独立思考与分析的能力。二、机械原理课程设计的任务 对给定的设计要求进行分析，将总功能分解；制定机构运动循环图；设计实现各个分功 能的机构运动原理，构成几种运动方案，对各运动方案进行对比和选择；对选定方案中的机 构进行分析与设计，画出机构运动简图；设计飞轮；对机构进行必要的运动和动力分析。

3、三、机械原理课程设计进行的方式 根据具体情况有下列几种方式可供选择。1）集 中 式 ： 在 机 械 原 理 课 程 课 堂 教 学 完 成 后 ， 集 中 一 段 时 间 进 行 ；2）分 散 式 ： 将 课 程 设 计 与 课 程 教 学 平 行 安 排 ；3）集 中 与 分 散 ：在 机 械 原 理 课 程 教 学 的 中 后 期 先 进 行 课 程 设 计 的 调 研 及 部 分 工 作 方 案 设 计 工作，课程结束后集中一段时间进行绘图、分析、编写说明书等工作。上 述 三 种 方 式 中 ，第 一 种 与 第 三 种 对 进 行 机 械 系 统 运 动 方 案 设 计 有 利 ，第

4、二 种 对 密 切 联 系 每章中的理论教学较好，适宜于解析法为主要手段的机构分析与综合类的课程设计题，而对 机械运动方案设计类的题目较难进行。四、课程设计的一般步骤和方法 机器主要是由原动部分、传动部分和执行部分三大部分组成，传动部分和执行部分又主 要由各种机构组成，机械原理课程设计要求针对某种简单机器进行机械运动设计，最终获得 机械运动简图。机械运动设计的一般步骤是：1 、 确 定 执 行 构 件 的 运 动 及 运 动 参 数 所谓执行构件的运动，是指完成机器预定功能所需的所有执行构件的运动形式、运动参 数和变化规律，以及它们之间的相互配合关系。当机器的工作要求确定之后，根据对所需的 功

5、能要求进行分析，可确定出实现功能的原理，进一步便可确定执行构件的运动。这一步包括将两个工作：1）通 过 对 设 计 功 能 的 分 析 ,确 定 完 成 功 能 所 需 的 工 艺 动 作 的 数 量 和 类 型 ，并 将 设 计 要 求 由 功能要求细化为对各个执行构件的运动形式和运动参数的要求。2）按 照 功 能 要 求 ， 设 计 出 所 有 各 个 执 行 构 件 之 间 在 运 动 上 的 协 调 关 系 ， 绘 制 出 机 械 运 动 循环图。2 、 确 定 原 动 机 的 类 型 和 运 动 参 数 原动机的类型和运动参数影响机械传动的形式、机构类型的选择和机械系统的复杂程 度，

6、因此应首先选好原动机。常用原动机有三相异步电动机、调速电动机和往复式油缸（或气缸）等。机器中一般多 采 用 三 相 异 步 电 动 机 为 原 动 机 ， 同 时 对 电 动 机 的 运 动 参 数 的 选 择 应 综 合 考 虑 电 动 机 和 传 动 部 分的重量、尺寸、价格、机构系统的复杂程度以及机械效率等各方面的因素。3 、 确 定 机 器 的 运 动 方 案此部分包括两个内容：1）机 器 运 动 方 案 的 设 计 。 当 执 行 构 件 的 工 艺 动 作 和 原 动 机 的 运 动 确 定 后 ， 就 可 以 选 择 适 当的机构及其合理组合，形成完成各个工艺动作的机器工作原理以

7、及原动机与执行机构之间 的传动方案。设计机器运动的工作原理，其基础是对机械原理课程中所讲述的各种常用机构 的结构组成、运动特点、工作原理的掌握。同时，在拟定机器工作方案时还应遵循以下原则： 采用尽可能简短的运动链这有利于降低机械的重量和制造成本，也有利于提高机械效 率和见小累积误差。 优先 选用 基 本机 构基 本 机 构结 构简 单、设 计方 便、 技术 成 熟 ， 故在 满足 功能 要 求的 条 件下， 应优 先选 用 。 应使 机 械 有 较高 的 机 械 效 率。 合理 安排不 同类 型传 动 机 构的 顺序 一般来 说， 通常 将 转 变运 动 形式 的 机 构安 排 在运 动 链的

8、 末端， 与执 行 构 件靠 近； 其 次 ， 带 传动 等摩 擦传 动 ， 一般 都安排 在转 速 较 高 的 运 动 链起 始端， 以减 少其 传动 的 转 矩， 从而见 小 其 外廓 尺寸 。 合理 分配传 动 比 运 动 链 的 总传 动 比 合理的 分配 给各 级传 动 机 构。 具体分 配时 应 注 意： 一是每 一级 传动 的 传 动 比 应在 通常的 范 围 内选 取；二是 当运 动 链 为 减速 传动 时， 一般 情 况下 ， 按照“ 前小 后大 ”的 原则 分配 传动 比。 保证 机 械 的 安全 运 转 。2）选 择 最 优 机 器 运 动 方 案同 一个 运 动 可以由

9、 多种 实现方法， 因此 可以设计出多 种运 动 方 案， 这 就设 计方 案 的选 择问题 。最为 机械 原 理 课程 设计， 仅 要求 完成 方案的 初步 训 练， 大致可 从以 下 几 个方 面进行分析、比较： 机 械 功能 的实现 质量 这里主要包括 工作的精确性、 稳定 性、 适应 性和 扩 展性 等 。 机 械 的 工作性能 机 械 在满足功能 要 求的 条件下， 还 应具 有 良 好的 工作性 能 。如 运转 的平稳性、传力性能及承载能力等。 机 械 的 动 力 性能 如冲 击 、 振动 、噪 声及磨 损性 等。 机械 结构的合理 性结 构的合理性包 括结构的 复杂程 度、 尺寸

10、及重量 大 小等。 机械 的 经济性经 济性 包含设计工作 量 的 大小、制 造 成 本 、维修难易及能耗大小 等。4 、 机 械 系 统 的 运 动 尺 寸 设 计机 械系 统的 运动 尺 寸设 计包括传动 机 构和 执行机构的 运 动 尺寸设计。传 动机 构的 运动 设 计在 运动设计节段 ， 主要是确定总 传动 比，以及相 应的齿轮齿数、链轮齿数 、蜗 轮蜗 杆齿 数、 带轮 直径等 ， 以 使执 行机 构得 到所 需的 速 度。执 行机 构的 运 动 尺 寸设 计 ， 则要 对 各 构件的 长度 ， 机 架的 位置 、高 副 运 动 副元 素 的 几 何 形状 、螺旋 机构 的 导 程

11、、 棘轮 棘 抓 机 构 的 齿 数、 槽轮 机 构 的 尺 寸和 轮 槽数 等 进 行确 定， 其决 定方法 在机 械 原 理的 相应 章节 中已 经详细 说明 。5 、 绘 制 机 构 运 动 简 图在 机 器 运 动 方 案的 设计 和 机 构运 动 尺 寸设计 的 基 础之 上， 选择 适当的 比例 尺绘 制 机器 运 动 简 图。对 于 执 行 机 构应 适当 标 注与运 动 有 关的尺寸 参数 ， 对于 传动机构则应 标注相应的 齿轮和 链轮齿 数及 带 轮 直径 等。 原 动机 和 执行 构件的 运 动及 其参数也 应使用相应 的 符号和数字予以 表示。 图中 还 可 以用 简

12、要 的 文字注 明一 些技术要 求， 如运动 的 不均匀性要 求，为了达到运 动 协调配 合， 分 配 轴上 元件 的 相角调 整要 求，对某 些元 件的平衡精度要求等 。机构运动 简图的 绘 制 方 法参 考机 械 原 理教 材。6 、 机 构 运 动 分 析为 了检 查所设 计的 机 构 是 否 满足 预定 的 运 动 要 求 ， 是 否回 发 生运 动 干涉， 确 定 机 构 运 动 所需的 空间 大小 ， 为 机构 动 态 静力分 析 提 供资 料， 应对 所设 计的 机 构进 行运 动 分 析。课程设计中，一般可对主体机构或指定的机构进行运动分析，应画出执行构件的运动线 图，一般进行

13、分析比较。还要求出指定构件的角加速度和质心的加速度，以便进行动态静力 分析。运动分析可采用图解法和解析法。7、机构动态静力分析在运动分析的基础上，对机构进行动态静力分析，动态静力分析的内容是主动件处于每 个给定位置按预定规律运动时，求出各运动副中的反力，及机构的平衡力或平衡力矩。为后 续的飞轮设计，原动机的功率选择，以及零部件的工作能力设计提供原始资料。机构动态静力分析也可采用图解法和解析法进行分析。8、机器周期性速度波动调节对于在短期尖峰载荷下工作的机器，为了改善机器的工作平稳性，见小所需电动机的容 量，需要添加飞轮。集体方法可参阅机械原理教材相应内容。确定的电动机功率 体机在周期性变速稳定

14、运转时所需电动机的理论功率为：M ud ? m M vr ? m-m vrm（kW）1000 1000中：Mvd 主动件上的等效驱动力矩（N m）, 一般为常数； Mvr 主动件上平均等效力矩（N m）;如主动件平均角速度（rad/s）。虑到传动效率，则电动机的功率为：N电（1.2 1.6） N电（1.21.6）M： m （kW） 1000于没有考虑其它执行构件所需的功率和启动时所需的功率的增加，因此电动机所需的 功率可能还要增大，通常用类比法参照同类机器修正计算所得的电动机功率。查阅电动机的 使用资料，根据所需功率和运动参数的大小即可确定电动机的型号。10、编写设计说明书说明书是设计计算的整

15、理和总结，是图纸设计的理论依据，而且是审核设计的技术文件 之一。说明书编写要求和注意事项在后面有详细说明。五、课程设计说明书的编写1、课程设计说明书的内容编写技术报告、可行性论证报告、产品说明书等技术文件是学生在校期间应该掌握的基 本技能之一。课程设计说明书属于技术说明书中的一种，对说明书的编写是培养学生编写技 术文件的重要途径之一。编写课程设计说明书，是学生对课程设计的总结，内容大致包括：1）目录2）设计任务书（包括设计条件和要求）；3）运动循环图（执行构件运动协调配合关系）；4）原动机的运动类型及其运动参数的选择；5）机器运动方案（三种或三种以上方案）设计及其选择；6）传动系统运动尺寸设计

16、；7）执行机构（主体机构和辅助机构）的运动尺寸设计；8）机构运动简图；9）主体机构运动分析；10）主体机构动态静力分析；11）机器周期性行速度波动调节；12）确定电动机功率；13）自 我 评 价 及 感 想 ；14）参 考 资 料 。2 、 课 程 设 计 说 明 书 的 编 写 要 求 和 注 意 事 项1）预备 好草 稿本。每 个 学生 在接到 课程 设计 题目 之后 要备 一草稿 本，把 你在 课程 设计 过 程 中查阅、摘录的资料、初步的运算、编程的草稿、设计构思的草图、心得思路、书写的草稿 等都记录在案，不要轻易散落、丢失。这些材料是写正式说明书的基本素材。2） 说 明 书 应 该 用 钢 笔 写 在 16 开 课 程 设 计 说 明 书 专 用 纸 上 ， 要 求 字 迹 端 正 、 文 句 通 顺 、 步 骤清楚、叙述简明。通过课程设计说明书的编写，学生应学会整理设计数据，绘制图表和简 图，用工程术语表达设计成果的方法，说明书是每个学生治学态度、独立分析能力、归纳总 结表达能力的综合反映，每个学生必须下功夫斟字酌句写出自己的水平与风格，也为书写其 他课程设计、毕业设计和论文打下基础。3）说 明书 中 计 算部 分的 书写 ，必须 附上 与计 算有 关的图 ，先 列出 计算 式 ，再 按顺 序代 入各 文字符号的数字，最后写出计算结果。计算所引用的公式